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ESTIMACIÓN DEL RIESGO POR EXPOSICIÓN A PARTIR DE
MAPAS DE ISOSISTAS EN PERÚ
Hernando Tavera
Ademir Cuya
Lima - Perú
Febrero - 2017
Hernando Tavera Investigador Científico Instituto Geofísico del Perú [email protected]
RESÚMEN
El presente informe es elaborado a solicitud de la Secretaria de Gestión de
Riesgos de la PCM y tiene por objetivo realizar la estimación del riesgo por exposición
de distritos, viviendas y población (DVP) ante la posible ocurrencia de sismos de gran
magnitud en el Perú. Considerando que los sismos son cíclicos en el tiempo, es de
esperarse que ellos se repitan en el futuro afectando a las mismas áreas con igual o
mayor nivel de intensidad y/o sacudimiento del suelo. De acuerdo a este criterio, se
hace uso de los mapas de isosistas de los últimos grandes sismos ocurridos en el
territorio peruano para estimar los daños a producirse en DVP por exposición. En los
resultados obtenidos no se detalla el tipo de daño que podría presentarse, pero como
información “referencial” es válida para el tema de gestión del riesgo
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ÍNDICE
RESÚMEN
1.- INTRODUCCIÓN
2.- MAPAS DE ISOSISTAS
3.- LOS SISMOS SON CÍCLICOS
4.- RIESGO POR EXPOSICIÓN
4.1.- Región norte
4.2.- Región centro-norte
4.3.- Región central
4.4.- Región centro-sur
4.5.- Región sur
4.6.- Sismos corticales
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
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1.- INTRODUCCIÓN
El responsable de la actual geodinámica y geomorfología de todo el territorio
peruano es el proceso de convergencia entre la placa de Nazca (oceánica) y la
Sudamericana (continental) con velocidades promedio del orden de 7-8 centímetros por
año (DeMets et al, 1980; Norabuena et al, 1999). Este proceso genera sismos de
diversas magnitudes y focos ubicados a diferentes profundidades, siendo los mayores
quienes producen, en áreas urbanas, diversos niveles de daño estructural y pérdida de
vidas humanas. En general, se puede afirmar que toda la población peruana ha sido
testigo en el tiempo de la ocurrencia continua de estos sismos (Figura 1).
Figura 1: Mapa Sísmico del Perú para el periodo 1960 - 2016. La magnitud de los sismos es diferenciado por el tamaño de los círculos y la profundidad de sus focos por el color de los mismos. Los círculos con número inscrito en su interior indican la ubicación y año de ocurrencia
de los sismos de mayor magnitud e intensidad.
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En el Perú, la distribución espacial de los sismos ha permitido definir la
existencia de tres fuentes sismogénicas principales (Figura 2):
La primera y más importante fuente, la constituye la superficie de fricción entre
las placas de Nazca y Sudamericana, presente en el borde occidental del Perú.
Esta fuente ha dado origen, en el pasado, a los sismos más importantes (M>7.0
Mw), en cuanto a su magnitud, intensidad y niveles de destrucción en superficie.
Muchos de estos eventos fueron acompañados de tsunamis que incrementaron el
daño, principalmente en zonas costeras. Por lo tanto, es de interés conocer los
periodos de retorno de estos eventos o en el mejor los casos, a ubicación
espacial de las áreas que se encuentran en actual estado de acumulación de
deformación y energía, ya que ellas serían las causantes de un nuevo sismo en el
futuro.
Figura 2: Esquema que muestra la geometría de la subducción y la ubicación de las principales fuentes sismogénicas en el Perú.
La segunda fuente, considera la deformación superficial de la corteza
continental con la presencia de fallas geológicas de diversas geometrías y
dimensiones. Esta fuente genera sismos de magnitud moderada (M>7.0 Mw), pero
estos al ocurrir cerca de las áreas urbanas y ha escasos niveles de profundidad,
producen daños y destrucción similar a los grandes sismos con origen en primera
fuente sismogénica.
La tercera fuente, corresponde a la deformación interna de la placa de Nazca
por debajo de la cordillera de los Andes a niveles de profundidad del orden de
100 km a más. En general, esta fuente ha dado origen a sismos de magnitudes
moderadas que han producido en superficie procesos de licuación de suelos en
los valles de las zonas andinas y subandinas (M<7.0 Mw).
--------- Mw= Magnitud momento
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Históricamente, estas fuentes sismogénicas han dado origen a sismos de gran
magnitud que han afectado a ciudades y población en diferente grado debido
básicamente al año de ocurrencia del sismo, al desarrollo estructural de la ciudad y a su
densidad poblacional. En este escenario, el mapa de isosistas de un determinado sismo,
podría proporcionar información básica para proyectar el número de distritos expuestos
de repetirse el mismo sismo en el futuro. Considerando esta premisa, en el presente
informe se analiza los mapas de isosistas de los sismos más importantes ocurridos en el
Perú a fin de estimar el número aproximado de viviendas y población que podría estar
expuesta.
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2.- MAPAS DE ISOSISTAS
Conocer las características del sismo que presumiblemente pueda afectar a una
estructura, dependerá de la historia sísmica de cada región. Por tanto, el parámetro
intensidad sísmica aún es primordial al momento de realizar cualquier investigación que
permita conocer el riesgo sísmico de una determinada región y/o ciudad, sobre todo si
dicho parámetro permite estimar la severidad del sacudimiento del suelo en el lugar
afectado por el sismo.
La información macrosísmica que se recoge en campo después de ocurrido un
sismo, reúne los datos que describen los efectos de un determinado sismo en superficie
y que al ser interpretados, considerando una determinada escala, permiten conocer la
intensidad del sismo; es decir, su tamaño de manera cualitativa. La escala de intensidad
más utilizada es la propuesta por Guillermo Mercalli en el siglo XIX (Escala de Mercalli
Modificada) y en detalle, esta escala considera los efectos del sismo en las personas,
objetos, construcciones y en el terreno. Esta información, permite mostrar en mapas la
distribución espacial de los grados de intensidad y luego de ser evaluados, se obtienen
los mapas de isosistas o mapas de valores similares de intensidad unidos con líneas.
Los mapas de isosistas han permitido conocer diversos parámetros físicos que
definen los procesos que se desarrollan alrededor de los sismos como el grado de
fracturamiento de rocas, la respuesta dinámica de los suelos y los patrones de
atenuación de la intensidad (Gasperini, 2001). Del mismo modo, la intensidad sísmica ha
sido usada para estimar los valores espectrales de la aceleración para sismos históricos
(Boatwrigh et al., 2006); además de ser útil para los proyectos de planificación del
crecimiento urbano de ciudades (Musson y Henni, 2001).
La escala de Mercalli Modificada (MM) está constituida de doce grados, todos
enumerados con números romanos a fin de diferenciarlos de las escalas de magnitud. En
general, los grados del I al IV, corresponden a sismos percibidos levemente por la
población, los grados del V al VII a sismos cuyo movimiento del suelo produce la
oscilación de objetos pesados, la vibración de ventanas, caída de objetos inestables y
pánico en la población. Los grados de VIII a X corresponden a sacudimientos del suelo
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que producen el colapso de viviendas, formación de fisuras en las calles, caída de
objetos pesados, daños en grandes obras de ingeniería y pánico total de la población.
Valores mayores de intensidad, definen el colapso total de viviendas, efectos mayores
en suelos y cerros, caos total (Tabla 1).
Tabla 1: Descripción cualitativa para cada grado de la escala de Mercalli Modificada.
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3.- LOS SISMOS SON CÍCLICOS
De acuerdo a la geodinámica de las placas tectónicas, la ocurrencia de sismos
sigue un proceso cíclico, el mismo que es más notorio cuando la magnitud del sismo se
incrementa. Dentro de este supuesto, también es válido indicar que los sismos presentan
periodos de recurrencia, que en el caso de sismos pequeños es del orden de segundos;
mientras que, para sismos de gran magnitud, pueden ser de décadas y centurias para los
sismos con magnitudes del orden de 9.0 Mw. Entonces, identificada la zona en donde
ocurrió un gran sismo en el pasado, es de esperarse que este se repita en el futuro y
ocasione los mismos o mayores niveles de sacudimiento del suelo. En este escenario, los
daños y efectos en las estructuras y población se incrementarán en el mismo nivel en el
cual se incrementó la expansión urbana, la población y la ocupación de áreas de alto
riesgo por parte de la población. Entonces, los mapas de isosistas de un determinado
sismo pueden ser muy útiles para estimar el número de viviendas y población afectada, y
para ello se requiere disponer de bases de datos reales con este tipo de información.
Un ejemplo de que los sismos son cíclicos fue puesto en evidencia por Tavera et
al (1998) cuando analizaron los procesos de ruptura y los mapas de isosistas de los
sismos ocurridos en los años de 1942 y 1996 en la región sur del Perú. Ambos sismos
afectaron principalmente a la ciudad de Nazca en el departamento de Ica. En la Figura
3, se muestra las señales de ambos sismos registrados por las mismas estaciones de la
Red Sísmica Mundial y en otros casos, por estaciones cercanas, sea en distancia o
azimut. Obsérvese que las señales de ambos sismos -sin considerar su amplitud y
periodo, sino solo sus formas- son muy similares, lo cual evidencia que los dos sismos
presentaron procesos complejos de ruptura con las mismas o similares características.
En conclusión, se puede afirmar que el sismo de 1996 (7.7 Mw) es el repetitivo del
ocurrido en el año 1942 (8.2 Mw) en la misma región.
Asimismo, en la Figura 4 se muestra los mapas de isosistas de los sismos de 1942
(Silgado, 1978) y 1996 (Chatelain et al, 1997), y en este caso, lo primero que se observa
es que las curvas de intensidad siguen las mismas tendencias y/o formas a lo largo de la
costa y hacia el interior del continente, pero con la salvedad de que el sismo de 1942,
para una determinada curva de intensidad, presenta un grado mayor en la escala de
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Mercalli Modificada, lo cual sugiere que este sismo fue mayor en magnitud que el
ocurrido en 1996, diferencia confirmada con los reportes de magnitud provenientes del
Instituto Geofísico del Perú y de algunas publicaciones científicas.
De acuerdo a lo indicado anteriormente, de haberse considerado el mapa de
isosistas del sismo de 1942 para proyectar el posible número de distritos, viviendas y
población a ser afectados de repetirse el mismo sismo en el futuro, se hubiera dispuesto
de información referencial válida para ejecutar proyectos y realizar actividades
orientadas a la gestión del riesgo de desastres, lo cual hubiera permitido reducir la
vulnerabilidad de las áreas urbanas a ser afectadas por el sismo y por sus efectos
secundarios (tsunami, licuación de suelos y deslizamientos).
Figura 3: Señales sísmicas correspondientes a los sismos de Nazca ocurridos en los años 1942 y 1996. Debajo de los códigos de estaciones
se indica la distancia epicentral y el azimut en grados (Tavera et al, 1998)
1942 1996
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Figura 4: Mapas de isosistas de los sismos de 1942 y 1996 sobrepuestos a fin de analizar la distribución de las curvas de intensidad
correspondientes a cada evento sísmico.
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4.- RIESGO POR EXPOSICIÓN
Después de ocurridos los sismos de 1991 (San Martin), 1996 (Nazca), 2001
(Arequipa), 2007 (Pisco) y 2016 (Cañon del Colca, Arequipa), se llega a la conclusión que
los daños observados en viviendas y población, se han producido en gran porcentaje
hasta niveles de intensidad VII, según la escala de Mercalli Modificada (MM) para
sismos con origen en los procesos de subducción y de V (MM) para sismos corticales,
entonces estos valores pueden considerarse como referenciales para estimar los daños
en distritos, viviendas y población (DVP). En este escenario, para una determina región
se puede utilizar el mapa de isosistas del último sismo de gran magnitud ocurrido como
una proyección del escenario a presentarse en el futuro, lo cual permitía disponer de
información referencial válida para la estimación del riesgo a presentarse.
Figura 5: Distribución espacial de los sismos utilizados en este estudio para el análisis de daños en DVP.
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Según lo indicado, se ha realizado el análisis de los mapas de isosistas de los
sismos más recientes ocurridos en el Perú (Figura 5), a fin de estimar el número de
distritos, viviendas y población que podrían ser afectados de repetirse los escenarios y
para ello, se ha utilizado información del CENSO realizado por el Instituto Nacional de
Estadística e Informática (INEI) en el año 2007. A continuación se detalla los
resultados obtenidos.
4.1.- Región norte
Se ha considerado los sismos ocurridos en los años 1970 (Silgado 1978) y 2014
(Tavera et al, 2014), el primero con epicentro en Tumbes y el segundo, frente a la zona
costera de Piura. La correlación entre las líneas de intensidad VII (MM) (Figura 6) y la
base de datos del INEI (Censo 2007), permite tener como resultados el número de
distritos, viviendas y población afectada si estos sismos se volvieran a repetir con las
mismas características (Tabla 2). Los daños mayores estarían asociados al sismo de
Tumbes con daños en 39 distritos, 50,766 viviendas y más de 1 millón de personas.
Figura 6: Mapas de isosistas para los sismos de 1970 y 2014. Las áreas en gris corresponden a la intensidad VII (MM)
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Tabla 2: Número de distritos, viviendas y población que podrían ser afectados por un sismo similar al de 1970 y 2014
4.2.- Región centro-norte
Se considera el sismo ocurrido en mayo de 1970 (Silgado 1978) con epicentro
frente a la ciudad de Chimbote (Ancash). La correlación entre las líneas de intensidad
VII (MM) (Figura 7) y la información del INEI permite considerar, de repetirse este
mismo evento, daños en 123 distritos, 307 mil viviendas y a más de 1 millón de personas
(Tabla 3).
Figura 6: Mapa de isosistas del sismo de 1970. El área en gris corresponde a la intensidad VII (MM)
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Tabla 3: Número de distritos, viviendas y población que podrían ser afectados por un sismo similar al de 1970
4.3.- Región central
Se considera al sismo histórico ocurrido en el año 1746 y los recientes en los
años 1940, 1966 y 1974. El sismo de 1746 presentó su epicentro en el mar frente al
borde occidental de la región central del Perú. Según Dorbath et al (1990), habría
presentado una magnitud del orden de 8.8 Mw. Silgado (1978) considera a este sismo
como el más grande en magnitud y daños evidenciados desde la llegada de los españoles
(Figura 7).
Figura 7: Mapa de isosistas del sismo de 1746 según Dorbath et al (1990). El área gris corresponde a la intensidad VII (MM)
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Tabla 4: Número de distritos, viviendas y población que podrían ser afectados por un sismo similar al de 1746
La correlación entre el mapa de isosistas del sismo de 1746 (Figura 7) y la base
de datos de INIE, permite estimar el número de distritos, viviendas y población que
podrían ser afectados de repetirse este evento sísmico. Según la Tabla 4, al considerar
el área de isosistas hasta la intensidad VII (MM), podrían verse afectados 701
distritos, ~ 4 millones de viviendas y ~ 14 millones de personas.
Figura 8: Mapa de isosistas de los sismos de 940, 1966 y 1974. Las áreas en gris corresponden a la curva de intensidad VII (MM).
Los sismos de 1940, 1966 y 1974, presentaron magnitudes menores a 8.0 Mw; sin
embargo, produjeron daños importantes en la ciudad de Lima Metropolitana. Estos
sismos generaron curvas de intensidad VII (MM) que abarcaron áreas pequeñas (Figura
8), pero hoy en día debido a la gran concentración de viviendas y población, los daños
podrían superar los valores indicados para cada sismo en la Tabla 5.
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Tabla 5: Número de distritos, viviendas y población que podrían ser afectados por un sismo de magnitud similar al de 1940, 1966 o 1974
4.4.- Región centro-sur
Se ha considerado a los sismos ocurridos en los años 2007 (8.0 Mw), 1996 (7.7
Mw) y 1942 (8.2 Mw), el primero conocido como sismo de Pisco y los otros dos, como
sismos de Nazca. La correlación entre las curvas de intensidad VII (MM) (Figura 9) y
los datos del INEI, muestran que de repetirse estos eventos podrían causar daños
mayores en el extremo norte del departamento de Ica por estar más poblada que su
extremo sur (Tabla 6).
Figura 9: Mapa de isosistas de los sismos de 1942, 1996 y 2007. Las áreas en gris corresponden a la curva de intensidad VII (MM).
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Tabla 6: Número de distritos, viviendas y población que podrían ser afectados por un sismo de magnitud similar al de 1942, 1996 y 2007
4.5.- Región sur
Se ha considerado los sismos ocurridos en los años 1868 (8.8 Mw) y el 2001 (8.0
Mw), La correlación entre las curvas de intensidad VII (MM) (Figura 10) y los datos del
INEI, muestran que de repetirse estos eventos podrían causar daños mayores en la
zona costera entre los departamentos de Arequipa, Moquegua y Tacna. Según los valores
de la Tabla 7, el peor escenario es para el sismo de 1868 en razón que abarca mayor
área y los daños serian en 176 distritos, 539 mil viviendas y 1´704,842 personas.
Figura 10: Mapa de isosistas para los sismos de 1868 y 2001. El área en gris corresponde al área encerrada por la intensidad VII (MM).
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Tabla 7: Número de distritos, viviendas y población que podrían ser afectados por un sismo de magnitud similar al de 1868 y 2001
4.6.- Sismos corticales
Una segunda fuente generadora de sismos, es la deformación cortical que se
produce en el interior del continente debido a la formación y/o reactivación de las fallas
tectónicas ya identificadas. Para el caso de este estudio, se considera a los sismos
ocurridos en Quiches en el año 1946 (7.5 Mw), Cusco en 1950 (7.0 Mw), Huancayo en
1969 (5.6 Mw), Moyobamba en 1991 (6.5 Mw) e Ichupampa en el 2016 (5.4 Mw). A
diferencia de los sismos debidos al proceso de subducción, los corticales pueden
presentar altos niveles de intensidad en áreas muy reducidas, pero los efectos en
superficie son bastante similares en ambos casos.
La correlación entre las curvas de intensidad V (MM) a más y los datos del INEI,
muestran que de repetirse estos eventos, el mayor daño se presentaría con el sismo que
pudiera ocurrir en la región de Moyobamba (Tabla 8): daños en 89 distritos,
aproximadamente en 132 mil viviendas y en 500 mil personas. Los mapas de isosistas de
estos sismos son presentados en la Figura 11.
Tabla 8: Número de distritos, viviendas y población que podrían ser afectados por un sismo de magnitud similar al de 1946, 1950, 1969,
1991 y 2016
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Figura 10: Mapas de isosistas de los sismos de 1946, 1950, 1969, 1991 y 2016. Las áreas en gris corresponden a la curva de intensidades
VII y V (MM) dependiendo de la región y características del sismo.
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Figura 10: ….// Continuación. Mapas de isosistas de los sismos de 1946, 1950, 1969, 1991 y 2016. Las áreas en gris corresponden a la
curva de intensidades VII y V (MM) dependiendo de la región y características del sismo.
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Figura 10: ….// Continuación. Mapas de isosistas de los sismos de 1946, 1950, 1969, 1991 y 2016. Las áreas en gris corresponden a la curva de intensidades VII y V (MM) dependiendo de la región y características del sismo.
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CONCLUSIONES
Históricamente, el Perú ha sido afectado de manera reiterativa por eventos
sísmicos que han causado diversos niveles de daño en las principales ciudades y núcleos
urbanos ubicados en torno a las áreas epicentrales. Es por ello que surge la inquietud de
conocer la probabilidad de ocurrencia de un evento sísmico de gran magnitud y de las
posibles áreas a ser afectadas a fin de ejecutar proyectos y/o realizar actividades
orientadas a la Gestión del Riesgo de Desastres.
En este estudio, se estimó el riesgo de daños en distritos, viviendas y población
por exposición ante la ocurrencia de un sismo de gran magnitud. Para cumplir con este
objetivo se consideró como base que los sismos son cíclicos y que el próximo evento a
ocurrir debe presentar, por lo menos, la misma magnitud y producir similares niveles de
sacudimiento del suelo. El posible incremento en los daños dependerá del crecimiento de
las áreas urbanas, del número de viviendas y población expuesta.
Considerando la base de datos del CENSO 2007 y los mapas de isosistas de 12
sismos con origen en el proceso de subducción y de 5 con origen en los procesos de
deformación cortical, se ha estimado el número de distritos, viviendas y personas que
podrían ser afectados de repetirse cada uno de estos sismos. Es importante indicar que
en esta información no se detalla el tipo de daño que podría presentarse, pero como
información “referencial” es válida para el tema de gestión del riesgo y debe ser
considerada como tal.
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BIBLIOGRAFÍA
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